多场耦合作用下轮毂电机优化设计研究

发布时间：2020-06-12 05:11

【摘要】：近年来,随着环境污染的日益加剧以及能源紧缺带来的压力,传统汽车因为其燃油消耗及尾气排放受到了越来越多的质疑。各种驱动形式的电动汽车因其节能和环保的优势发展迅速,在此之中轮毂电机驱动的电动汽车受到了广泛的关注与研究。轮毂电机驱动系统将变速器、差速器、电机等集成于车轮内,并省去了传动装置等,在底盘布置方面具有巨大的优势,提高了传动效率。但同时也存在一定的缺点,将各个部件集成于车轮的空间内,使得非簧载质量增加,影响了汽车的平顺性等汽车动力学特性。轮毂驱动系统中轮毂电机重量较大,对于轮毂电机的轻量化会导致结构的变化,从而影响电机的电磁及温度特性。故基于电磁场及温度场对轮毂电机进行结构优化设计有着重要意义。论文的主要研究内容如下:(1)基于电磁场的轮毂电机结构优化设计。建立轮毂电机的模型,对其进行了电磁场的分析,并将得出结果与已有数据进行对比分析,验证所建有限元模型的正确性;随后以体积最小化为优化目标,建立电磁场边界条件下的拓扑优化模型,对轮毂电机不同部分进行拓扑优化,并对优化前后的电磁场计算结果进行对比分析。(2)基于温度场的轮毂电机结构优化设计。建立轮毂电机温度场分析模型,基于第二章电磁场损耗计算的基础上,对轮毂电机温度场结果进行分析;在对温度场分布进行深入了解的基础上,以轮毂电机体积最小为优化设计目标,以温度分布为边界条件,对轮毂电机各个部分进行拓扑优化设计,并通过优化前后结构的温度场计算结果对比分析,对优化结果进行验证。(3)电磁场-温度场耦合方法研究及特性分析。对电磁场及温度场的之间的耦合因素及对两场的影响趋势进行分析。根据分析结果,忽略弱耦合影响因素,建立电磁场-温度场耦合分析模型;在此基础上,分别基于轮毂电机电磁场-温度场单向耦合及双向耦合求解方法,进行多场耦合计算求解,并将结果进行对比分析,证实多场耦合分析的精确性的同时,为后续多场耦合作用下轮毂电机的拓扑优化设计奠定基础。(4)电磁场-温度场耦合作用下的轮毂电机结构优化设计。以体积最小化为优化设计目标,同时考虑电磁场及温度场的边界条件,建立对不同优化设计域下的拓扑优化模型,并基于上述建立的多场耦合分析模型,对轮毂电机进行多场耦合作用下的拓扑优化设计,通过优化前后多场耦合计算结果的对比分析,对优化结果进行验证。
【图文】：

[2-4]。图1.1 三菱MIEVFig. 1.1 MIEV of Mitsubishi同样是在 2005 年，美国通用公司在北美国际车展也展出了四轮轮毂电机的电动汽车Sequel，其中包括了对四轮轮毂电机的转矩控制以及再生制动功能。瑞典沃尔沃开发了在车轮中集成驱动、制动、悬架及转向的轮毂电机驱动系统，并且研发了四轮独立的控制技术以提高乘坐舒适性、操作稳定性等[5]。近年来，舍弗勒集团对轮毂电机有所开发，，2009 年的产品 E-Wheel Drive Alpha ，16 寸 530Nm，2011 年开发有 E-Wheel Drive Beta，16 寸 700Nm

图1.2 E-WheelDrive 轮毂电机爆炸图Fig. 1.2 Explosive view of E-Wheel Drive图1.3 E-WheelDrive 轮毂电机剖面图Fig. 1.3 Cross-section of E-Wheel Drive
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM30;U469.72

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本文编号：2709049